shared_ptr 智能指针

shared_ptr 智能指针

为什么要引入智能指针

在C++中没有垃圾回收机制，必须自己释放分配的内存，否则就会造成内存泄露。解决这个问题最有效的方法是使用智能指针（smart pointer）。智能指针是存储指向动态分配（堆）对象指针的类，用于生存期的控制，能够确保在离开指针所在作用域时，自动地销毁动态分配的对象，防止内存泄露。智能指针的核心实现技术是引用计数，每使用它一次，内部引用计数加1，每析构一次内部的引用计数减1，减为0时，删除所指向的堆内存。

智能指针的作用

1. 自动管理动态内存：智能指针通过 RAII（资源获取即初始化）机制自动释放内存。RAII 是 C++ 的核心设计理念之一，资源的生命周期与对象的生命周期绑定，从而确保资源不会被泄漏。
2. 避免内存泄漏：智能指针通过引用计数或其他机制，确保内存能够在不再使用时自动释放。
3. 避免悬挂指针和野指针：智能指针能够在其不再使用时自动销毁，避免了手动删除后指针仍然存在的危险。
4. 确保异常安全：智能指针通过作用域控制内存，确保即使发生异常，也能正确释放资源。
5. 简化代码：相比传统指针手动管理内存，智能指针大大简化了内存管理代码，提升了程序的可维护性和可靠性。

C++ 中的智能指针种类

1. std::unique_ptr

• 用途：表示独占所有权的智能指针，意味着一个 unique_ptr 只能拥有一个对象的所有权。不能被复制，只能移动。
• 特点
  • 独占所有权：同一个对象只能有一个 unique_ptr 管理，避免了多重释放的问题。
  • 不可拷贝：不能通过拷贝构造函数或赋值操作符来复制，确保了对象的唯一所有权。
  • 可以转移所有权：可以通过 std::move 将 unique_ptr 的所有权从一个指针转移到另一个。
• 典型用法

std::unique_ptr<int> ptr1 = std::make_unique<int>(10);
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1);  // 转移所有权

1. std::shared_ptr

• 用途：表示共享所有权的智能指针，多个 shared_ptr 可以共同拥有同一个对象的所有权。
• 特点
  • 引用计数：shared_ptr 使用引用计数的机制来跟踪有多少个 shared_ptr 指向同一对象。当最后一个指向对象的 shared_ptr 被销毁时，内存会自动释放。
  • 可以拷贝和赋值：shared_ptr 可以通过拷贝构造和赋值操作符进行拷贝，因此它适用于多个地方共享资源的情况。
  • 线程安全：shared_ptr 在修改引用计数时是线程安全的，但对象本身的操作仍需要额外的同步机制。
• 典型用法

std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10);
std::shared_ptr<int> ptr2 = ptr1;  // 引用计数增加，两个指针共享所有权

1. std::weak_ptr

• 用途：用于解决 shared_ptr 引用计数环的问题。weak_ptr 并不增加引用计数，只是观察 shared_ptr 指向的对象。
• 特点
  • 不增加引用计数：weak_ptr 不会增加 shared_ptr 的引用计数，因此不会影响对象的生命周期。
  • **可以转换为 **shared_ptr：如果对象仍然存在，weak_ptr 可以通过 lock() 方法转换为 shared_ptr，从而访问对象。
  • 防止循环引用：在 shared_ptr 之间形成循环引用时，weak_ptr 可以用来打破这种循环，避免内存泄漏。
• 典型用法

std::shared_ptr<int> ptr1 = std::make_shared<int>(10);
std::weak_ptr<int> weakPtr = ptr1;  // 不增加引用计数
if (auto ptr2 = weakPtr.lock()) {
   
      // 如果对象还存在，获得一个 shared_ptr
    // 使用 ptr2
}

std::shared_ptr

使用 std::make_shared 创建 shared_ptr（推荐方式）

std::make_shared 是创建 std::shared_ptr 的推荐方法，它同时分配 shared_ptr 和对象的内存，能够提高效率并减少内存分配次数。

使用std::make_shared()模板函数可以完成内存地址的创建，并将最终得到的内存地址传递给共享智能指针对象管理。如果申请的内存是普通类型，通过函数的（）可完成地址的初始化，如果要创建一个类对象，函数的（）内部需要指定构造对象需要的参数，也就是类构造函数的参数。

#include <iostream>
#include <memory>

class MyClass {
   
   
public:
    MyClass() {
   
    std::cout << "MyClass constructor\n"; }
    ~MyClass() {
   
    std::cout << "MyClass destructor\n"; }
    void say_hello() {
   
    std::cout << "Hello, World!\n"; }
};

int main() {
   
   
    // 使用 std::make_shared 创建 shared_ptr